ヒトの把持運動計画における最適化規範と対象物の脳内表現に関する計算論的研究

人类抓取运动规划中物体优化规范和大脑表征的计算研究

• 批准号: 14750347
• 负责人: 福田 浩士
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750347/
• 关键词: 把持運動計画; 内部表現; 感覚-運動統合; 視覚-運動変換; 最適化; ニューラルネットワーク; 多指保持タスク; 手姿勢; 指先力; 最適化モデル; 計算論的神経科学; 多指把持運動; 逆最適化

ヒトのTripod Graspタスクにおける力分配と手姿勢決定の計算原理を調べるために,力センサの取り付け位置を自由に選択できる円形,正三角形,正方形,水滴形の把持対象物を設計・製作し,様々な把持位置拘束における指先力と手姿勢を計測できる計測システムを構築した.この実験システムを用い,身体からの向きが異なる条件におけるヒトの指先力,手姿勢,把持位置を計測した.その結果,すべての被験者においてこれらの運動情報は対象物の向きに関する情報を含んでいた.視覚情報と複数の運動情報を統合する5層の神経回路モデルを構築し,実験データを学習させたところ,その第3層は対象物の向きに関する情報と把持戦略に関する情報を内部表現として獲得していた.さらに,学習後のネットワークは対象物の視覚情報のみが入力されたときに,単純な力学的・幾何学的な制約条件を満たすように運動戦略に対する表現を選択することで,その対象物に対する複数の運動情報を同時に計算することができた.このことは指先力に関しては,その分配に関する情報を評価関数のパラメータとして与えなくとも分配問題を解く能力が神経回路モデルに備わっていたことを示し,学習過程では一種の逆最適化問題を学習していたことを示している.これらの結果はヒトのTripod Graspにおいても視覚情報と運動情報を統合することで対象物の特徴と運動戦略に関する脳内表現が獲得され,その内部表現に基づいて視覚-運動変換が行われることを計算論的な証拠となる.さらに,指先力と手姿勢の決定問題は独立に解かれるのではなく,関連しながら同時に解かれることを示唆する重要な証拠となる.また,新奇対象物に対する運動計画は既知対象物の内部表現を利用して遂行されるという仮説を検証するために心理物理実験を行った.実験では,新奇対象物を水滴形の対象物,既知対象物を正三角形,円形,四角形の対象物とし,既知対象物の学習状態の違いによる新奇対象物に対する運動計画の違いを調べた.その結果,新奇対象物に含まれる2つの特徴である正三角形と円形を学習した被験者において新奇物体に対する運動計画が最も良く,新奇対象物の特徴を全く含まない四角形のみを学習した被験者は運動計画が最も悪かった,円形か正三角形のどちらか一方を学習した被験者は中程度の運動計画の良さを示したが,学習していない特徴の部分でうまく計画できていなかった.これらの結果は,内部表現が獲得されていない新奇対象物への運動計画は既知対象物の内部表現を組合せることで達成されることを示唆する.これらの研究結果は平成17年3月に開催されるニューロコンピューティング研究会で発表された.また,平成17年8月に開催される国際会議Progress in Motor Control Vにおいて発表予定である.

Youdaoplaceholder0 ヒト Tripod Grasp タ ス ク に お け force distribution る と hand posture decided の computing principle を べ る た め に, force セ ン サ の take り pay け position を free に sentaku で き る has drifted back towards ¥ shape, triangle, square, teardrop-shaped の just like content を seaborne し design, manufacture, others 々 な holding position constraint に お け る refers to force と first hand gesture を measuring で き る measuring シ ス テ ム を build し た . こ の be 験 シ ス テ ム を い, body か ら の to き が different な る conditions に お け る ヒ ト の refers to the force, first hand posture, holding position を measuring し た. そ の results, す べ て の by 験 に お い て こ れ ら の sports intelligence は like content の seaborne to き に masato す る intelligence を containing ん で い た. See 覚 と plural の sports intelligence を integration す る 5 layer の god 経 loop モ デ ル を し, be 験 デ ー タ を learning さ せ た と こ ろ, そ の layer 3 は like content の seaborne to き に masato す る intelligence と holding 戦 slightly に masato す る intelligence を internal performance と し て get し て い た. さ ら に, after studying の ネ ッ ト ワ ー ク は like content の regard 覚 seaborne intelligence の み が さ into force れ た と き に, 単 な restriction conditions of pure な mechanics, geometry を against た す よ う に movement 戦 slightly に す seaborne る performance を sentaku す る こ と で, そ の like content に seaborne seaborne す る plural intelligence を の movement at the same time に computing す る こ と が で き た. こ の こ と は refers to the first force に masato し て は, そ の distribution に masato す る intelligence を review 価 masato number の パ ラ メ ー タ と し て and え な く と も distribution く を solution ability が god 経 loop モ デ ル に prepared わ っ て い た こ と を し, learning process で は a の inverse optimization problem を learning し て い た こ と を shown し て い る. こ れ ら の results は ヒ ト の Tripod Grasp に お い て も apparent 覚 と sports intelligence を integration す る こ と で like content の 徴 especially seaborne と movement 戦 slightly に masato す る 脳 within performances が さ れ, そ の internal performance に base づ い て apparent 覚 - sports - line in が わ れ る こ と を calculation theory of な pass 拠 と な る. さ ら に, refers to the first force と hand gesture の decision problem は independent に solution か れ る の で は な く, masato Even し な が ら に solution at the same time か れ る こ と を in stopping す る important な card 拠 と な る. ま た, novelty as content に seaborne seaborne す る game plan は is known as content を の internal performance using seaborne し て carries out さ れ る と い う 仮 said を 検 card す る た め に psychophysical be 験 を line っ た. Be 験 で は, novel and polices like を teardrop-shaped の polices as object, is known as content を seaborne is triangle, has drifted back towards ¥ form, quadrangle の like content と seaborne し, already know which like の learning state の seaborne い に よ る novelty as content に seaborne seaborne す る game plan の violations い を adjustable べ た. そ の as a result, the novel like content contains に ま seaborne れ る 2 つ の, 徴 で あ る is triangle と has drifted back towards ¥ form を learning し た by 験 に お い て novel object に す seaborne る game plan が most も く, novelty as content の 徴 especially seaborne を く all contain ま な い quadrangle の み を learning し た by 験 は game plan が most も 悪 か っ た, has drifted back towards ¥ form か is の triangle ど ち ら か side を learning し た degree in those 験 は の good game plan の さ を shown し た が, learning し て い な い, 徴 の part で う ま で く project き て い な か っ た. こ れ ら の は as a result, the internal performance が achieve さ れ て い な い novelty as content へ seaborne の game plan は internal performance is known as content の seaborne を combination せ る こ と で reached さ れ る こ と を in stopping す る. こ れ ら の results は pp.47-53 March 17 に open rush さ れ る ニ ュ ー ロ コ ン ピ ュ ー テ ィ ン グ seminar で 発 table さ れ た. ま た, in August of Heisei 17, に held される international conference Progress in Motor Control Vにお て て scheduled である.